影像分析統計 — Imatest Documentation

圖像統計是一個互動式實用程序，可用於檢查圖像的多個屬性，包括

可繪製厚度可調的垂直和水平橫截面圖。增加厚度可以減輕噪音的影響。可以繪製像素級或一維傅立葉頻譜圖。
矩形或正方形（吸管）區域的屬性，包括矩形位置、R、G、B 和 Y（亮度）通道的平均值、Log ₁₀ （平均值/最大值）、雜訊（σ）、非均勻性校正雜訊、SNR（訊號/雜訊）、SNR dB 和平均 L*a*b*（當已輸入顏色空間時）。
- 面積大於 250 像素的矩形區域的直方圖（主要為亮度通道：可包含 R、G 和 B 通道）。
- 橫截面（1D）或大於 80x80 像素的矩形區域（2D）的傅立葉頻譜，採用線性或對數軸。
- 包含空間像素級資訊的3D 表面圖（ Imatest 5.2+ ）
低於或高於指定值的點分別以藍色和/或紅色表示。
原始影像中各點之間的距離。
EXIF 資料－儲存在影像檔案中的元數據

圖像統計功能適用於任何圖像，而不僅僅是測試圖表。它有很多實用的應用，例如：

對於顏色/色調設定、顏色/色調自動和階梯圖，您可以確定影像的黑色電平（像素）偏移量（新增至像素層級的固定數字）和飽和度等級。
- 應用黑電平偏移後，影像中可能會添加雜訊。因此，最小像素電平可能與偏移量不符。直方圖峰值是更好的指標。
- 飽和度通常是位元深度對應的最大值：8 位元（24 位元顏色）為 255，16 位元（48 位元顏色）為 65535，但並非總是如此。我們看過一些 8 位元影像，其飽和度在 220-235 左右就達到飽和（像素級不再隨色塊亮度增加而增加）。

您可以放大或調亮影像，以便查看原本可能忽略的細節。放大影像可以更輕鬆地選擇狹小的矩形區域。它還可以限制橫截面顯示的範圍（以便僅顯示感興趣的區域）。調亮影像不會影響數值結果。支援位元深度為 8 位元和 16 位元的影像。

運行映像統計訊息

可以從以下位置打開圖像統計訊息

實用工具選單，
您可以從「檔案」下拉式選單或右側控制區域中未用於其他用途時出現的按鈕，選擇「Rescharts」 、 「顏色/色調設定」或「均勻性互動式」選項。
從“分析”下拉式選單中選擇“影像處理” 。如果同時存在輸入影像和輸出影像，則可以快速切換這兩個影像進行比較。

開啟圖像統計資料會彈出以下視窗。圖像下方顯示了簡要說明。

圖像統計資訊開啟視窗

視窗會顯示未裁切的影像，並保持其原始亮度（除非在先前的運行中已更改過）。檔案名稱位於頂部，左側是控制區域。在執行影像分析之前，您可以執行以下幾項操作。

您可以使用「調整大圖像大小」下拉式選單（左上角）對影像進行降採樣，從而加快運算速度（尤其是橫斷面分析）。建議選擇設定1：不調整大小或2：調整大圖像大小 (imresize) 。如果需要分析雜訊或頻譜，則不建議進行降採樣。通常不建議使用設定 3 及更高版本（透過跳過像素來調整大小）。這些設定曾被用來診斷一些異常的去馬賽克行為。
您可以透過點擊並拖曳滑鼠來縮放圖像。您可以點擊「全螢幕視圖」（縮小）或雙擊影像（但雙擊並非總是有效）來恢復影像原狀。這可以更輕鬆地選擇小的矩形區域或限制橫截面的範圍，例如，您可以觀察深陰影中的物體行為。
您可以點擊左上角的下拉式選單（上方顯示「原始影像」）來變更影像外觀，例如提亮、增加飽和度、調整色調等等。選項顯示在右側。提亮影像（有多種方法）可讓您看到在暗影像中不可見的陰影細節。更改影像外觀不會影響任何數值或圖形分析結果。
您可以點擊「顯示像素 < 或 > 設定等級」面板中的對應設置，將低於設定值的像素顯示為藍色，高於設定值的像素顯示為紅色。將複選框設為 0 可實現正常顯示。

影像外觀選擇。它們不會影響數值結果。
當選擇除“原始圖像”以外的任何圖像時，背景將顯示為黃色。

下圖為放大並提亮後的影像，其中像素值低於 4（滿分為 255）的像素顯示為藍色，高於 252 的像素顯示為紅色。執行橫截面、矩形/吸管等操作時，影像縮放比例保持不變。點擊“全螢幕視圖”（縮小）即可查看完整圖像。

橫斷面

在「橫截面」面板中，按下「X 橫截面」或「Y 橫截面」按鈕即可啟用十字線，用於選擇水平或垂直橫截面。您只需在圖像中單擊一個點即可選擇所需的橫截面，該橫截面將顯示在兩條紅線之間（如下圖所示，垂直線位於圖像中心左側）。在橫斷面模式下，拖曳滑鼠無效。按一下影像外部的點（但不要按一下已啟動的按鈕或文字）或按 Esc 鍵可關閉十字線並返回正常模式。請注意，在橫斷面模式下，大多數按鈕將被停用或隱藏。您需要在按下“X橫截面”或“Y 橫截面”按鈕之前進行設定。（當然，您可以隨時更改設定。）

建議在按下橫斷面按鈕之前，先放大影像（相當於裁剪影像）。

影像統計 Y 橫截面圖，RGBY 級別，Y 強調，放大顯示。
該檔案的位元深度為 16，比位元深度為 8 的檔案顯示更多陰影細節。

透過觀察垂直截面圖（採用對數y軸），我們能夠了解該圖表/相機組合在極暗區域的表現，而這在肉眼下很難實現（我們觀察到短距離的耀斑光會影響結果）。相對較寬的線條有助於降低深陰影區域的高雜訊。

橫斷面設定橫斷面選擇和繪圖有多種選項。

“線寬 (Line W)”下拉式選單可讓您選擇橫截面的寬度。設定值包括 1、3、5、7、9、11、13、15、21 或 25 像素。增加預設值 1 的值可以降低雜訊（寬度每增加一倍，雜訊降低 3 dB）。通常情況下，應在感興趣的特徵範圍內盡可能增加線寬。橫斷面寬度包含在兩條垂直或水平紅線之間。
「平滑 (Sm)」下拉式選單可讓您選擇使用 1、3、5、11 或 15 像素的矩形核進行平滑處理。這可以進一步降低噪音。請注意，平滑處理會在傅立葉頻譜中 1/Sm（週期/像素）產生零點：下圖顯示了當 Sm = 3 時，零點為 0.333 C/P。
「繪圖類型」下拉式選單可讓您在三個像素橫截面圖（1-3）和六個一維 (1D) 傅立葉頻譜圖（4-9；Imatest 2021.2 版本新增）之間進行選擇。一維頻譜圖對於傾斜邊緣特別重要，其導數（圖 7-9）對應於邊緣擴展函數，如下所示。二維傅立葉頻譜圖位於「矩形分析」中，如下所示。選擇項顯示在右側。
y（縱軸）下拉式選單可讓您選擇：（1）線性 y 軸，（2）以_{10 為}底的對數 y 軸（未歸一化），或（3）以₁₀為底的對數 y 軸（已歸一化）。當在「繪圖類型」中選擇像素橫截面圖時啟用（傅立葉頻譜圖停用）。具體選擇取決於應用場景：上圖的步長為對數（由密度單位定義），因此選擇了以₁₀為底的對數 y 軸。

橫斷面圖

（1）繪製 RGBY（等權重）

（2）繪製 RGBY（Y 軸強調）（預設；建議橫截面）

（3）僅繪製 Y（亮度）圖。

（4）|傅立葉頻譜(Y)|線性（1D）

（5）|傅立葉頻譜(Y)|對數-對數(1D)

（6）|傅立葉頻譜(Y)|半對數Y（1D）

（7）|傅立葉頻譜（Y 導數）|線性（1D）

（8）|傅立葉頻譜（Y 導數）|對數-對數（1D）

（9）|傅立葉頻譜（Y導數）|半對數Y（1D）

**將上圖所示同一圖表的 Y 的導數進行一維 FFT 轉換：線寬 W = 9；平滑度 Sm = 3**
**此圖類似於邊緣MTF圖，但對雜訊更為敏感。 Sm = 3 會導致零點位於 0.333 C/P 處。**

矩形/滴管分析

此分析功能可讓您檢查矩形區域（透過點擊並拖曳滑鼠選擇）或方形吸管區域（透過按一下滑鼠選擇，無需拖曳）的多個屬性。您可以查看基本統計信息，包括平均值、雜訊（未進行和已進行非均勻性校正）、CIELAB L*a*b* 值等。或者，您可以查看區域的直方圖或頻譜圖。點擊圖像外部即可關閉矩形/吸管選擇功能。矩形和結果將保持可見，直到下一次選擇。以下是設定說明。

選拔	測量
標準統計	矩形的位置、大小和對角線長度 RGBY 平均值、雜訊（校正和未校正）、訊號雜訊比、CIELAB Lab* 值。注意：RMS雜訊與標準差（ σ ）相同。
直方圖（Y）全 x 軸直方圖（Y）擴展 x 軸直方圖（Y軸）+RGB全軸直方圖（Y）+RGB 擴充 x 軸	以長條圖顯示亮度 (Y) 通道的_log10 (出現次數+1) 直方圖。最小區域大小 = 250 像素。平均值以菱形 ◊（Y 通道）和星號* （R、G 和 B 通道）顯示。完整的 x 軸是影像的最小值到最大值（0 到 1、255 或 65535，取決於影像來源和位元深度）。「擴展 x 軸」選項使用資料的上下限來決定 x 軸。 “+RGB”選項會在直方圖中新增 RGB 頻道的階梯圖。示例如下。
傅立葉頻譜線性（>80x80）傅立葉頻譜對數-對數（>80x80）傅立葉頻譜符號學（>80x80）	繪製區域的二維傅立葉頻譜圖，橫座標可以是線性座標（x軸和y軸），縱座標可以是對數座標（x'軸），橫座標可以是半對數座標（x軸線性，y軸對數）。最小區域尺寸為80x80像素。這對於像「散落的硬幣」這樣的圖案尤其重要，因為這類圖案的設計目標是獲得1/ f的二維傅立葉頻譜。示例如下。
3D曲面圖（慢速） 3D曲面圖（額外平滑處理）	3D 圖，顯示像素等級隨 x、y 座標的變化。可旋轉。選擇新區域前必須先關閉再重新開啟。警告：處理大型影像時速度可能非常慢。建議先縮放（裁剪）影像。額外平滑處理速度會稍快一些（但仍可能較慢）。
二維碼（如果顯示URL則開啟）	2021.2 新增功能：讀取二維碼或條碼。我們建議您先放大（裁剪）影像，尤其是在影像包含多個二維碼或條碼的情況下。如果程式碼包含網址，則會開啟對應的網頁。

其他設定包括

吸管大小。設定值分別為 1、3、5、7、9、11、13、15、21 或 25（邊長以像素為單位）。
用於計算 CIELAB L*a*b* 值的色彩空間（下拉式選單）。提供最常用的色彩空間：預設為 sRGB（Windows/網路標準）。

標準統計

直方圖

傅立葉變換/頻譜

**散落硬幣（枯葉）圖表的頻譜圖（對數座標軸）**
**使用高品質手機相機在 900 勒克斯（強光；低雜訊）下拍攝。**

圖中以一條細黑虛線表示了資料曲線（資料點下三分之一）指數的一階對數擬合結果。對於這種模式，擬合值與頻率成正比^-0.989 。原始圖表的設計目標是獲得一個尺度不變的 1/f (頻率^-1 ) 頻譜－與擬合結果非常接近。影像未進行降採樣，即「調整大影像大小」選項未勾選，這會影響結果。

該圖可讓您快速觀察任何影像的頻譜。

您可以查看各種枯葉圖和（Imatest）散幣圖的高品質圖像。我們發現，Imatest散幣圖的指數非常接近-1，這確保了真正的尺度不變性。其他市售枯葉圖的指數則較接近0.9。
一個「平均場景」（如果真有神話般的存在的話*）的指數應該在-1左右。這是設計「枯葉與散落硬幣」圖表的部分依據（以及尺度不變性）。你可以查看任何場景（或場景的一部分）的光譜來驗證這一點。

在科羅拉多州博爾德，很難找到一個「普通」的場景，因為這裡的一切都高於平均水平（更不用說人了）。
（向加里森凱勒致歉。）「高於平均」場景的光譜響應從未被研究過。這或許可以成為一個不錯的博士論文選題。

三維曲面圖（空間分析）

3D 曲面圖（ Imatest 5.2+ ）顯示所選區域的空間像素資訊。若要查看此圖，請在“矩形分析”按鈕正下方的下拉式選單中選擇“3D 曲面圖（標準或額外平滑）”，然後點擊“矩形分析” ，然後再選擇要顯示的區域。您可以使用滑鼠拖曳來旋轉該圖。由於所選區域通常會被曲面圖覆蓋，因此會在左側顯示所選區域的副本。若要分析不同的區域，請點擊左側的「恢復控制按鈕和原始影像」按鈕，然後再次點擊「矩形分析」 。（這與其他矩形分析略有不同，在其他矩形分析中，您可以直接選擇新區域。）

三維曲面圖，顯示像素等級隨位置的變化
對於隨機雜訊低但量化雜訊明顯的 8 位元（256 階）影像

此圖顯示了空間資訊。在本例中，我們可以清楚地看到有限的數位電平數（0-255）如何影響雜訊測量。

其他控制

全螢幕視圖（縮小）恢復原始全影像視圖：它會縮小影像（雙擊通常不起作用）。

資料遊標功能可讓您在點擊影像時顯示資料遊標。右側範例展示了此功能。點選資料遊標（切換按鈕，啟動時背景為黃色）即可啟用或停用此功能。右鍵點擊資料遊標即可移除。

EXIF會在影像下方顯示選定的 EXIF 資料（檔案中包含的元資料）。若要查看完整的 EXIF 數據，請使用「檔案」下拉式功能表（必須安裝並選擇Phil Harvey 的 EXIFtool ）。

檔案下拉選單可讓您從剪貼簿貼上圖像、查看所有 EXIF 資料、儲存/顯示畫面或關閉程式。

圖片下拉選單包含多個實用工具。大多數工具的功能都一目了然。我們建議您嘗試一下。